Cosa accadrà se si utilizza un quadro di bassa tensione invece di un quadro di media tensione?

Nei sistemi di energia elettrica,quadri di bassa tensione (BT).Equadri di media tensione (MT).sono progettati per gamme di tensione, applicazioni e standard di sicurezza completamente diversi. I quadri di bassa tensione funzionano tipicamente a tensioni fino a 1.000 V CA, mentre i quadri di media tensione coprono intervalli da 3 kV a 36 kV (o fino a 38 kV in alcuni standard). L'utilizzo di un quadro di bassa tensione al posto di uno di media tensione non è solo un errore nelle specifiche, ma è una pericolosa violazione dei principi dell'ingegneria elettrica. Di seguito è riportata un’analisi dettagliata di ciò che accadrebbe in uno scenario del genere.

1. Rottura dielettrica immediata (guasto dell'isolamento)

La conseguenza più immediata e catastrofica sarebbe il guasto dell’isolamento. I quadri BT sono progettati con spazi vuoti (traferri) e distanze superficiali adatte solo fino a 1.000 V. Se sottoposta a media tensione (ad esempio, 11 kV o 33 kV), l'aria tra le sbarre collettrici, i terminali e l'involucro si ionizzerebbe e provocherebbe scariche elettriche. Il risultato è un violento arco interno, che probabilmente porta all'esplosione del quadro.

2. Arco elettrico e rischio di incendio

I guasti di media tensione rilasciano energia significativamente più elevata rispetto ai guasti di bassa tensione. I quadri di bassa tensione non dispongono delle camere di estinzione dell'arco, degli scivoli dell'arco e dei meccanismi di limitazione della pressione presenti nei quadri di media tensione (come le ampolle a gas SF6 o sotto vuoto). Quando si verifica un arco nei quadri BT a livelli MT, le temperature dell'arco possono superare i 10.000°C, vaporizzando rame e acciaio. Le onde di pressione possono far saltare le porte degli armadi e ferire il personale nelle vicinanze. Il metallo fuso e i gas ionizzati possono incendiare i materiali circostanti. Il risultato sono incendi ed esplosioni ad alto rischio, spesso con conseguenze fatali per gli operatori.

3. Distruzione completa degli interruttori automatici

Gli interruttori automatici BT (ad esempio interruttori scatolati o aperti) hanno un potere di interruzione nominale (Icu) per guasti a bassa tensione, ma non sono progettati per interrompere correnti di guasto a media tensione. Quando si verifica un guasto MV, i contatti dell'interruttore potrebbero saldarsi insieme a causa della pressione di contatto e della capacità di interruzione dell'arco insufficienti. L'arco potrebbe non estinguersi al passaggio naturale dello zero della corrente, provocando un arco prolungato. L'alloggiamento dell'interruttore potrebbe frantumarsi a causa della pressione dell'arco interno. Di conseguenza, l'interruttore non riesce ad eliminare il guasto e la protezione MT a monte (ad esempio, un interruttore di alimentazione nella sottostazione) deve scattare, ma a quel punto il quadro BT è già stato distrutto.

4. Perdita di sicurezza elettrica e pericolo per il personale

I quadri di media tensione incorporano caratteristiche di sicurezza obbligatorie che i quadri di bassa tensione non hanno, inclusi sezionatori di terra per la messa a terra sicura dei cavi dopo l'isolamento, indicatori di presenza di tensione e otturatori sui contatti fissi, interblocchi per impedire l'accesso alle parti sotto tensione (come Castell o interblocchi a solenoide) e scaffalature remote con sistemi di mitigazione dell'arco elettrico. Senza queste funzionalità, gli operatori che tentano di mantenere o isolare un circuito MT all'interno di un pannello BT si trovano ad affrontare un pericolo immediato dovuto a potenziali di passaggio e contatto, cariche capacitive e archi elettrici non contenuti. Il risultato è lesioni gravi o mortali al personale elettrico.

5. Surriscaldamento e fuga termica

Il quadro MT è progettato per gestire correnti continue più elevate e correnti di breve durata (ad esempio, 25 kA per 1-3 secondi). Le sbarre e i collegamenti BT sono più piccoli e hanno una massa termica inferiore. In condizioni MT, anche la corrente di carico normale può causare un riscaldamento eccessivo a causa delle sbarre sottodimensionate. Durante un guasto, l’energia I²t fonderebbe quasi istantaneamente le sbarre collettrici e l’isolamento in rame. Ciò porta alla fusione dell'isolamento, a cortocircuiti fase-fase e a guasti a cascata.

6. Coordinamento della protezione inaffidabile

I relè di protezione BT (spesso integrati negli interruttori) hanno curve di intervento semplici e comunicazione limitata. I sistemi MT richiedono relè di protezione sofisticati con funzioni quali protezione differenziale, sovracorrente direzionale, protezione a distanza (impedenza) e protezione contro i guasti dell'interruttore. Un quadro BT collegato ad una sorgente MT non avrebbe modo di discriminare tra un sovraccarico minore e un guasto grave. Il risultato è un inciampo fastidioso o, peggio ancora, l’assenza totale di inciampi. Alla fine, l'intero interruttore della sottostazione a monte potrebbe scattare, provocando un blackout diffuso.

7. Violazione di codici e standard elettrici

L'utilizzo di quadri di bassa tensione su un circuito di media tensione viola quasi tutti i principali codici elettrici, inclusi IEC 61439 (assiemi di bassa tensione) rispetto a IEC 62271-200 (quadri di media tensione con involucro metallico), NEC (NFPA 70) articoli 240 e 490 e IEEE C37.20.2 per quadri di media tensione. Ciò si traduce in responsabilità legale, invalidazione dell’assicurazione e potenziali accuse di negligenza penale in caso di incidente.

8. Danni alle apparecchiature a valle

Anche se il quadro di bassa tensione sopravvivesse per un breve periodo – cosa estremamente improbabile – la trasformazione della tensione sarebbe sbagliata. I sistemi MT spesso forniscono trasformatori step-down. Posizionare un quadro BT a monte di un trasformatore MT/BT è fisicamente impossibile perché l'isolamento del quadro BT fallirebbe prima di raggiungere il lato primario del trasformatore e la corrente di spunto del trasformatore farebbe scattare o distruggere gli interruttori BT. Il risultato è la perdita di tutti i carichi a valle e potenziali danni al trasformatore.

Conclusione: perché questo non deve mai essere fatto

Per riassumere, i quadri di bassa tensione sono progettati per tensioni fino a 1 kV, mentre i quadri di media tensione sono progettati per tensioni da 3 kV a 36 kV. I quadri di bassa tensione si basano sull'estinzione dell'aria con capacità limitata di interruzione dell'arco, mentre i quadri di media tensione utilizzano il vuoto o l'SF6 per un'estinzione affidabile dell'arco. Il potere di interruzione degli interruttori BT è insufficiente per le correnti di guasto MT, causando contatti saldati ed esplosioni. Le caratteristiche di sicurezza nei quadri di bassa tensione sono fondamentali, mentre i quadri di media tensione comprendono sezionatori di terra, otturatori e interblocchi per prevenire scosse mortali. Infine, i quadri di bassa tensione sono conformi alla norma IEC 61439, mentre i quadri di media tensione devono soddisfare la norma IEC 62271-200, uno standard che le apparecchiature di bassa tensione non possono soddisfare.

Risposta finale:L'utilizzo di un quadro di bassa tensione invece di un quadro di media tensione comporterà un immediato guasto dell'isolamento, una violenta esplosione di arco voltaico, la distruzione delle apparecchiature, un rischio estremo di lesioni mortali al personale e la completa violazione dei codici di sicurezza elettrica. Non è mai consentito in nessuna circostanza. Se è necessario un quadro di media tensione, l'unica soluzione corretta è utilizzare quadri di media tensione adeguatamente dimensionati, progettati, testati e certificati per quella classe di tensione.